攻角是怎么回事?

攻角，英文名称是Angle of Attack，也常被称作做迎角，在本文当中，一律称攻角。这个概念我们可以把其理解为机翼弦线和前方来流之间的夹角。

对于学过飞行的人来说，从一开始进行飞行训练的时候，我们就听说了“攻角”这个概念，大概对这个名词有较多的了解，能够正确回答一些有关攻角的问题，但是却从未真正抓住这个概念的精髓所在以及攻角对行最基本的重要性。我们经常见到驾驶通用航空飞机的飞行员在飞行的时候超过了临界攻角——超过这个临界点就会使飞机失速的角度，甚至是以较大的攻角变化速率跨过临界攻角，然后飞机失速，失去对飞机的控制，紧接着坠毁，造成致命事故。

如果每一名飞行员都能够对攻角至高无上的重要性有很好的理解，避免引发飞机失速的过高攻角，那么，飞行安全记录将马上得以改观。但是如何才能让大家了解攻角，从而减少事故的发生呢，解决这个问题的办法就是对飞行员进行教育和依靠仪器的帮助。

先忘掉伯努利定律

我想，那么多的飞行员之所以对攻角的重要性没有引起足够重视，其中的一大原因是，我们在利用伯努利方程讨论升力产生的原理的时候，搞得的大家一头雾水。根据伯努利的理论，流体（对机来说是空气流）在流速增加时，压力会减小。那么，对于需要产生升力的机翼来说，机翼上方的气流需要加速，以便产生比下翼面气流低的压力。下翼面的高压力低速气流将会把机翼向压力较低的上方推动，这就是升力。于是有人打趣把这种现象称作“天空吸气”升力理论。

尽管伯努利的上述理论在第一架实用的飞机诞生的很久以前就出现了，甚至当时还没有人会想到将来会有飞机这种东西，但是，伯努利的理论是对的。可是，用来解释空气或者其它流体的运动特性的伯努利方程对行员来说并没什么用处。设计机翼和翼型的人必须要考虑伯努利定理，至少要当做参考，但是当你我手握驾驶杆在天上飞的时候，那位瑞士的数学家18世纪创立的理论对我们来说却没什么意义，因为我们这个时候并不需要思索空气的流动如何产生了升力。

我们真正需要知道的是，机翼能够提供升力的原因是其攻角是正的，并且没有超过失速攻角。对于机翼上下翼面的低压和高压气流的流动特性究竟如何我们无从控制，我们的手上只是驾驶杆，真正能控制的就只是机翼的攻角。

我们都曾把手伸出正在行进的汽车的车窗外，感受过正攻角所产生的升力。抬起指尖，迎风而来的气流会把手往上举。如果汽车走的比较快，手的角度大一些，升力几乎能让你的胳膊脱臼。

把手伸出车窗的经历从根本上说明了升力是如何产生的。机翼——就是你伸出车床的手——划过气流并乘风而起。快艇在水面上加速滑行的时候，你会看到另一个升力工作的例子。当快艇不动或者速度较慢的时候，它处于漂浮状态，因为这样可以排开较多的水来支撑它的重量。但是当快艇加速的时候，艇身会升起来，其外壳的大部分会离开水面，这时的快艇就利用升力来支撑其重量，因为其外壳相对水面的攻角是正的。

飞机的机翼或者快艇利用运动时的阻力换来了升力。只要有足够的速度和用于克服阻力的推动力，机翼或者艇身就可以把气流或者水流推向下方，从而产生升力。快艇的船壳能产生升力是因为其壳体相对水面向上弓起，而机翼能产生升力的原因是其相对气流的攻角是正的。

飞行员在解释升力产生机理的时候容易陷入窘境的原因是，机翼的截面——即翼型——的特性各有不同。翼型对于能否有效产生升力，在什么攻角下会失速以及机翼的失速特性有决定性影响。最关键，甚至是决定性的是，当飞机的设计方案定下来之后，端坐在驾驶舱里面的飞行员是无法对机翼翼型的特性做出任何改变的。无论飞机机翼的设计是好还是坏，效率高一点还是低一点，我们所能够做的，也是必须要做的，就是控制机翼的实际攻角使其处于安全范围。记住，就像把手伸出车窗的时候一样，你能保持飞行是因为你处于正攻角，并且这个攻角不太大，不至于失速。

什么是攻角？

攻角的定义很直接，就是机翼弦线和相对来流之间的夹角。难解的地方是，相对来流在什么地方。我们能看到机翼，但这个相对来流却需要通过想象来把这个来流显现出来，再借此判断机翼的攻角。

相对来流就是流向飞机的气流，大致上和飞机的飞行轨迹是平行的——而不是飞机的轴线。在你把手伸出车窗的实验里面，相对来流容易想见，这时它与公路路面是平行的。在飞机起飞滑跑的时候，相对来流也容易理解，这时它和跑道表面平行。但是一旦飞机升空，来流方向就不一定是飞机的机头指向了，而可能是任何方向。这就是为什么称其为“相对”来流，因为它取决机的飞行轨迹。

飞机翻筋斗的时候，其相对来流方向是怎样的呢？即使机头的指向在筋斗当中360°连续变化，但机翼在飞行当中仍然可以一直保持正的攻角。要在筋斗当中保持正过载，机翼就必须相对不断变化的来流方向保持正攻角。

筋斗或者其他剧烈的机动动作，比如大坡度盘旋，或者剧烈的姿态变化，都让我们看到要把实际的飞行当中任意时刻的实际攻角都显示出来有多么复杂。这就是为什么我们一般使用指示空速来估算实际攻角的原因。

空速增加时，机翼可以在较小的攻角下产生更多的升力。同时，空速较大时，较小的攻角改变，机翼产生的升力的改变量也较空速低时的要大。

因此我们可以知道，只要有足够的空速，就不必使攻角增加到失速攻角。而随着速度的降低，攻角必须增加才能产生足够的升力。当空速太低时，攻角将会达到失速攻角。我们把这一空速叫做失速速度，不过，使得机翼上翼面气流分离而导致失速的攻角确实是非常陡的。

要测量攻角，而不是空速

所有大型飞机，尤其是喷气式飞机，都装备了用于在飞行当中测量任意时刻实际攻角的系统。此外，差不多所有通用航空飞机上也装有这一系统，但是我们把它称为失速告警系统，而不是攻角指示器。本质上，这一系统的任务就是实时测量攻角，在接近临界攻角时向飞行员发出告警以避免飞机进入失速。

普遍用于测量攻角的装置是装在机翼前缘的一个风向标式的东西。失速告警传感器是列昂那多·格里恩发明的，他注册了失速告警的专利并成立了安全飞行仪器公司。安全飞行仪器公司的机翼前缘风向标无疑是产量最大的一种航空设备，有数十万个装有这种仪器的飞机在全世界飞行。

失速告警传感器通过追踪机翼前缘来流的驻点来测量攻角，前方来流通过驻点分成上下两部分，分别通过机翼的上下翼面向后流动。随着攻角的变化，驻点在机翼前缘上下移动。当驻点落到太远的地方时，上翼面的气流就会分离，失速就会发生。

安全飞行仪器公司的攻角传感器多数以拨动开关的形式安装，经校准后，和喇叭或告警灯，或者是其它的告警装置连接在一起，在攻角增加到接近失速攻角时发出告警。但是，攻角传感器的确是依据机翼前缘驻点的移动来连续监测攻角变化的。

其它类型的攻角传感器是利用一个测量相对飞机的空气来流方向的仪器来工作的。有的传感器系统使用的是探测来流的风向标，有的设计一个开口——通过比较开口处空气压力的变化来监测攻角的变化。比如说你手里拿有一个细口瓶，你在瓶口吹气，当你吹气的角度略有变化时，瓶子所发出的声音的音调也会有所变化，这就是飞机上固定开口式攻角测量系统的工作原理。

风向标式攻角传感器常用于多发动机的飞机上，因为这样可以把风向标装在机头位置，直接探测未受干扰的前方空气来流。而在单发飞机上，传感器装若装在机头上，螺旋桨的洗流会把传感器前方的空气流搅的一塌糊涂。因此，对于单发飞机来说，要装风向标式公交攻角传感器，只能装在机翼端头前缘的杆子上，类似皮拉***斯PC-12涡桨飞机那样。

开口式攻角传感器则常用于单发飞机上，因为这种传感器就是设计装在机翼上的。当流经装于机翼前缘的传感器开口的气流接近临界攻角时，系统会通过和座舱相连的装置，像吹细口瓶一样，向飞行员告警失速即将发生。

Dynon，Garmin等几家公司已经在传统的皮托管上加装了固定开口式攻角传感器，用于对流经两处气流的压力进行对比，进而通过计算机计算出皮托管处的气流的角度。此外，还有一些型号的攻角传感系统省掉了电子部分，利用开口处气流的压力差来驱动安装在座舱里的攻角显示仪。

攻角的显示

这些年来，市场上出现了基于某一攻角传感系统的各种显示方式的攻角指示器。一般情况下，指示器的显示部分分为绿色、黄色和红色，用来指示当前攻角离失速攻角还有多大余地。有的表盘是圆盘样式的，有的是上下移动式的，还有的是显示机头应该如何倾斜来使攻角回到安全角度的，样式各种各样，不一而足。

在指示器上，攻角的最大显示值是1或者100%。每个机翼都有一个最大攻角，此时它产生的升力最大而又不失速，这一攻角对应该机翼的最大升力系数。较为容易理解1或者100%攻角究竟是何意义的办法是，这是机翼能提供的最大升力，继续增加攻角，升力会消失。

通过详细计算，可以较为准确地预知某一机翼在什么攻角时会进入失速，但是具体操作的时候，攻角传感系统需要通过试飞来进行校准。把传感器系统装到飞机上，然后进行试飞，让飞机失速，记下飞机失速时的攻角，这个攻角就是1或者100%，然后就可以了解飞机在什么攻角下会接近失速。

飞机的攻角会在大范围内变化，在机动飞行或者有乱流的时候，攻角的变化非常快。还有，飞机翼载荷越小，飞机重量越轻，攻角的变化也越快。在阵风天气起飞着陆时，突变的阵风会在瞬间改变来流角度，因此攻角指示器的显示值会不断跳动，失速告警器会探测到瞬时的攻角变化。尽管你的空速远高于失速速度，但你还是有可能听到攻角告警声响起。

攻角传感器系统可有帮助？

几十年来，生产型飞机都装备了这种或者那种失速告警系统。这一系统是否增加了飞行的安全性呢？标准生产型飞机仍然会发生非故意性的失速事故，但是，由于失速螺旋导致失控而坠毁在E-AB（即美国实验类飞机当中业余制造类别的飞机）类飞机上更常见。实验类飞机上几乎都不装攻角传感器或者失速告警系统，这一系统在通用航空飞机的安全上很有助益，因此可以预见，这类系统将来会出现在实验类飞机上。

许多飞E-AB类飞机的人不把传统的失速告警系统当回事，认为那不过是个能在攻角达到极限状态是发出告警的“愚蠢的灯”而已，并不能全范围显示飞机的攻角。这个说法也对，但是，尽管失速告警系统只是在攻角达到预先设定的极限点时发出告警，但是该系统一样是在不断监测飞机的攻角变化。

一般认为，需要在航母上进行着陆的海***飞行员是最能有效使用攻角指示器的用户。在航母上进行着陆是在飞机的包线边缘上飞行，换言之，海***飞行员驾机向航母进近的过程当中，是使用最低限度的空速余量飞行的，攻角指示器比空速表更能精确地让飞行员了解他们离飞机飞行参数包线有多近。一架喷气式战斗机在向航母进近的时候，其速度、动力、航线和下沉率必须稳定，因此其飞行状态毫无疑问是最精确不过的。E-AB类轻型飞机往往在如下情形容易进入失速和螺旋：进行机动动作，尤其是动作过于剧烈；牵引滑翔机的时候发动机停车；或者是在向跑道进近过程中各个参数不能保持稳定。这些情形和航母舰载战斗机向航母进近时的飞行状态没有什么可比性。

对于正在猛烈拉杆或者大角度压坡度的轻型飞机飞行员，攻角指示系统能把他救回来吗？我认为不能。对于一架活塞发动机的轻型飞机而言，把其从处于略低于临界攻角的状态拉到失速只需要几秒钟。飞行员在飞机姿态非常陡的危机情况下有时间把视线收回舱内看攻角指示器吗？即使他看了，他能在攻角迅速增加的情况下，在飞机失速之前回过神来及时减小飞机的攻角吗？我表示怀疑。

我认为，我们需要在飞行当中对机翼所处的攻角姿态保持清醒，而攻角传感器系统能够提供帮助。当飞行员能够看到飞机在进行机动飞行、增加过载和改变飞行速度这些过程中机翼攻角有哪些反应，那么他就很好地了解自己的飞机下一步会怎么样。飞机装上攻角指示系统，有助于我们了解飞机携带多少载荷，在什么空速情况下会把飞机的攻角推向危险境地，从而可以借此避免这种情况的发生。

要有效工作，攻角传感系统也需要像典型的失速告警系统一样，设定一个极限值。当攻角增加到极限攻角时，系统会自动发出告警声，或亮起告警灯，或是语音警告，或者是像大型飞机上的攻角传感系统那样抖动驾驶杆，从而提醒飞行员减小攻角。飞行员如果并非故意使飞机进入失速，那么他必定会在飞机发生失速的时候神慌意乱，因此失速告警的任务是，一定要在这种情况下把他的注意力聚焦到如何把飞机的攻角恢复到安全范围。

我相信你一定很多次听到有人这样说，某一机翼总是在同样攻角发生失速，无论飞机的姿态或者空速怎样变化，这个说法部分成立。机翼在攻角的变速率过快的时候，会在低于失速攻角的状态下进入失速。不同的机翼由于攻角变化过于剧烈而进入失速之后的特性也有很大差别。但有一点，失速之后的飞机，和你平稳飞行时的表现相比，几乎如脱缰野马，毫无温顺可言。

为了减少失速-螺旋事故的发生，我们都需要增加对攻角的关注，仅在我们需要的时候才使飞机进入失速状态。了解清楚相对来流的方向就搞清了攻角值，这是最难的地方。仪表尽管能有所帮助，但是我们必须对如下问题有清醒的认识：飞行控制输入量（即杆和舵的移动量）对攻角的影响；某一特定的飞机在飞行当中，机翼的攻角究竟应该比失速攻角小多少才能保证安全。